中厚板轧制技术发展现状 王国栋(大连)

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控制冷却装置－管式层流 直管式层流喷头的结构
U形管喷头的结构
直管式层流冷却装置的优点： 1 容易制作；2 不易堵塞；容易通堵
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高密度直集管原理图
水 枕
定位孔板 溢流孔
阻尼孔
进水管
层流管
层流管
正视图
横截面视图
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福山厂设置的高效冷却系统
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•
高效冷却基本原理
倾斜喷射；压力；较近距离；吹扫气膜－核沸腾；2－5倍的冷却效率
热 力 学 理 论
动 力 学 理 论
实验室热轧实验 离线工业轧制实验 在线工业轧制实验 确定模型参数
确定模型结构
物理冶金 数学模型
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人工智能与物理冶金模型相结合
物理冶金模型 化学成分 加热 工艺参数 人工智能技术 变形 相变 析出
组织（主值） 组织（偏差） 性能（主值） 性能（偏差）
组 织 性 能
FFB
Load distribution in the roll gap
FFB
FFB
FFB
hCL-hCx
FSD
FSD
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热凸度计算模型
Data of roll set:
- diameter - material
Process Data:
- thickness - width - temperature - speed
kvT
vT
B
– Steel grade (alloy) – Scale – Roll surface temperature – Roll gap lubrication
B V a,b,k sch
= = = =
plate width roll wear in the center of barrel coefficience for description of wear at the plate edge lateral flow of the plate
Mill Status (cyclical):
- stand loaded - status of roll cooling - circumference speed - coolant temperature
2 - dimensional model for calculation of thermal crown
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横移机构
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CVC 装置OS侧剖面
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弯辊装置剖面
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压力补偿控制原理
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弯辊装置在装配中
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立辊轧机的结构
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立辊轧机的结构特点
• 液压压下（AWC，短行程）、电动压下分工使用
• 立辊垂直升降： 孔型辊：成形道次用，改善边部形状； 平辊：展宽、精轧道次使用，矩形边部，AWC • 边部DBR辊 • 中间防翘辊 • 安装位置：水平－立辊轧机中心距3625 mm，轧机前后均有
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组织性能的预测与控制
加热模型
直接质量确认
减少破坏性试样数量 提供带钢全长性能数据 对于质量控制极为重要 卷取后直接发货 快速装运，减少库存 带钢全长性能均匀性提高
轧制模型
冷却模型
实测值
材料化学成分：C, Si, Mn, Nb, V, Ti 变形条件：温度、程度、速度 冷却条件：温度
显微组织预测
4
0
10
1
10
3
10
5
T ime , s
松弛实验：沉淀析出与 PTT 曲线
热膨胀实验：相变行为与CCT曲线
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相变研究
物理冶金数学模型的建立
热力模拟实验 变形抗力模型
轧制力、力 矩、电机功率 （超出规程的 限制）
沉淀 析出
再结晶与 应变积累
热轧工艺制度制定
设备条件 信息反馈 模型参数修正 信息反馈 模型参数修正 信息反馈 模型参数修正

A
600
P
P

400
o B
B
M
200 100 50 405 403 360 306 10
0
15 385 270
5 2.5 1 0.5 312 300 290 287 256 247 235 222 10
2
0.2 0.1 0.05 ℃/s 207 215 206 VHN 212 204 210 10
RAL 板形与板凸度控制技术的重要性
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CVC 辊型
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CVCPLUS技术及应用
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CVC 横移位置与等效凸度
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WRS轧机板凸度的控制范围（福山厂）
0.4mm
WRS=1000mm WRB=6000kN/chock
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辊系受力情况
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FSD
计算辊系弹性变形行为的模型
FSD
Load distribution between work and backup roll
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冷却原理：核沸腾和膜沸腾
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冷却速率与冷却的均匀性
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高效冷却系统的冷却能力
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控冷设备的采用情况
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在线热处理设备（福山厂）
宽度4.5m，大型感应加热装置。热流量105－107W/m2， 是气体加热的100倍 特点：在线同步处理，缩短交货期；与控冷组合，可控制 碳氮化物析出
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利用立辊的平面形状控制
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宽度控制的精度
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生产LP钢板的AGC系统
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成形MAS轧制法原理图
h(x) 2
转动 90 0
板坯
成形轧制后 的厚度分布
h(x) 2
T(x) 2
T(x) 2
传统轧制方法 本轧制方法
转动 90 0
展宽轧制结束时的形状 所轧钢板的平面形状
M AS 轧制法原理
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控制轧制要求的待温功能
0.03Nb钢，预 应变20％ 部分再结晶区、 未再结晶区，恢
复过程进展十分
缓慢
保温时间/s 软化率与道次间停留时间、温度之间的关系
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不同钢种的变形抗力
800℃与1000 ℃比较，变 形抗力可以提高1倍 合金钢一般变形抗力比普 碳钢高1倍
T6.10
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强力型中厚板轧机
1 奥氏体晶界面积 2 平均位错密度 3 沉淀析出量
1 奥氏体晶粒尺寸 2 溶解元素的量
1 2 3 4
相变温度 各相体积分数 铁素体晶粒尺寸 沉淀析出量
力学性能 显微组织
过程
加热
粗轧
精轧
冷却
卷取
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160 140 120
利用热力模拟实验确定模型参数
850℃ 900℃
stress(MPa)
100 80 60
钢化学 成分分析
显微组织
监视器
客户订单
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轧制计划在线判定与修正：NO
无适合订单 钢质量控制
NO
客户订单
钢化学 成分分析
显微组织
监视器
RAL
常规的生产计划制定方法
规格
轧制冷却规程
生产计划
冶炼规程
客户订单
品种
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轧制冷却规程
新的生产计划制定方法
规格 扩大
生产计划
冶炼规程 品种 扩大
客户订单
显微组织 优化器
RAL 中厚板学术委员会会议技术交流材料
中厚板轧制技术的进展
东北大学 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室 2005.11.24，大连
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控制轧制要求使用强力轧机
• 控制轧制的核心是“低温大压下” • 超级钢的轧制技术 • 德国DILLINGER强力轧机的使用情况：轧制管线钢等， 头尾低温部分轧制力达到10500吨； • 两相区轧制温度可能达到700℃或更低；
显微组织控制
力学性能
长度
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大规模定制与柔性轧制
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轧制计划在线判定与修正：OK
钢质量控制
OK来自百度文库
钢化学 成分分析 显微组织
监视器
客户订单
RAL 轧制计划在线判定与修正：OPT
钢质量控制 显微组织 优化器
钢化学 成分分析
显微组织
监视器
客户订单
RAL 轧制计划在线判定与修正：RES
轧制规程 重新制定 钢质量控制
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在线热处理的组织变化
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横向弯曲的补偿和压下调整
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高级冷矫的概念
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由Super-OLAC 和C/L控制的残余应力
RAL
宽度方向上弯曲应变的分布
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5辊－9辊可更换式冷矫直机
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轧制过程自动化与 物理冶金研究结合
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1 化学成分 2 轧制参数 3 冷却参数 4 连铸组织
1000℃
d/dt=0.1/s
40
Pridiction Measurement
0.4 0.5 0.6
0.1
0.2
0.3
strain
单道压缩实验：动态再结晶，变形抗力
双道次压缩实验：静态再结晶
1000
40% reduction 0% reduction
800
ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅＣ Ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ
RAL 柔性化：同一材质生产不同钢种
不同级别、不同 组织的产品 钢种A 订单 钢种B 订单 利用钢种B生产 钢种C 订单 组织优化器 钢种C
钢种A
钢种B
RAL 柔性化：不同材质生产同一钢种
同一性能的产品
利用钢种A生产
钢种B 订单
钢种B 利用钢种B生产
利用钢种C生产
组织优化器
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改进高N钢中TiN粒子的热稳定性
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MAS法控制原理图
轧制规程
LC PLG ASR •头部位置检测
MAS形状
•压下位置指令 •轧制速度指令
液压压下 控制装置
自动板厚 控制装置
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控制关键点
k= V压下/ V轧制 k V压下×t APC控制
V轧制×t
ASR控制
关键之二： 协调APC、 ASR
轧制速度＝轧辊转速×前滑 1
关键之一： 前滑计算
ICASS2004，29，F5
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HAZ宽度的比较
入热量：60kJ/cm 方式：埋弧焊接
ICASS2004，29，F6
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钢中的氧化物和硫化物
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钉扎效果的比较
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HAZ组织的比较
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不锈钢复合板的制造技术
原料的表面状况：酸洗，表面处理 组立板坯的真空度：大型真空室EBW焊接 组立板坯的轧制方法：大压下轧制 热处理：扩散焊接
Contour of thermal crown along barrel length
Parameter:
- Heat transfer coefficient plate to roll - Heat transfer coefficient environment - roll - Heat expansion coefficients
研究内容
—热轧过程物理冶金模型的基本框架 物理冶金模型－1
再结晶模型（未再结晶 与应变积累） 流变应力模型 物理冶金模型－2 碳氮化物析出模型 加工硬化奥氏体相变模型 组织－性能关系模型
1 相变 2 碳氮化物 的析出
输入
模型 输出
1 晶粒长大 2 碳氮化物 的溶解
1 再结晶 2 流变应力 3 碳氮化物的析出
• 单位辊面宽轧制力达到20 kN/mm • 单位辊面宽轧制力矩达到15kN-m/mm • 单位辊面宽的轧制功率达到 4 kW/mm • 轧机刚度达到10 MN/mm
• 加热炉、矫直机、剪切机、冷床、探伤等设备
• 新建轧机追求达标，老式轧机努力改造
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首钢3500中厚板轧机－国家十五
P=70000kN M=3070kNm×2 N=7000kW×2 K=10700kN/mm
RAL
显微组织监视器和优化器
板坯
T
RAL 微观组织监视器的后台混合模型
输入
过程
温度 变形量 变形速率 冷却速率 -------
输出
物理模型
显微组织
再结晶分数 奥氏体晶粒尺寸 铁素体晶粒尺寸 相组成 -------
设备
几何尺寸
带钢
化学成分 速度 厚度 宽度
输入 选择
力学性能
ANN
屈服强度 抗拉强度 延伸率
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Center of mill stand
磨损技术模型
Main parameters for roll wear:
– Roll material and surface hardness
+/- sch
b a
– Rolling force – Contact length – Relative speeds of roll and stock
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谢 谢 大 家 ！
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热处理设备的配置
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h(x) 2
转动 90
0
平面形状控制
• MAS轧制＋立辊 （AWC，短行 程）
传统轧制方法 本轧制方法
板坯
成形轧制后 的厚度分布
h(x) 2
T(x) 2
T(x) 2
转动 90 0
展宽轧制结束时的形状 所轧钢板的平面形状
M AS 轧制法原理
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• 气雾式：酒泉
控制冷却系统的配置情况
• 水幕式：济钢中板，秦皇岛中板 • ACC+DQ：济钢宽厚板，宝钢5000 • 直管式层流：鞍钢中板，首钢，南钢中板，营口中板， 河北文丰 • U型管层流：鞍钢厚板，新余中板，武钢轧板厂
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首钢3500轧机的控制冷却系统
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横向均匀性－边部遮蔽及凸型水量
凸型水量分布
边部遮蔽
(3000以上的宽板效果明显)
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控轧控冷中轧制温度控制措施
方案1
粗轧机架 待温辊道 精轧机架
方案2
粗轧机架 中间冷却 精轧机架
方案3
粗轧机架 交叉轧制 精轧机架
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国外中厚板轧机的控冷系统